(57)【要約】【課題】  本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスに含まれる粒子状物質であるパティキュレート（ＰＭ）を除去する排気浄化装置に関し、トラップフィルタの強制再生を簡易な制御により行うことを目的とする。【解決手段】  内燃機関を制御する制御手段が、内燃機関を通常に制御する通常モードと、トラップフィルタの再生のために内燃機関の燃料噴射量を増大する強制再生モードとを備え、再生時期判断手段がトラップフィルタの再生時期であると判断し、かつ、温度検出手段により検出されるトラップフィルタの温度が予め定められた第１の設定温度より低い時に、強制再生モードによる制御を行いトラップフィルタの温度を第２の設定温度まで上昇させ、トラップフィルタの温度が第２の設定温度まで上昇した時に、通常モードによる制御を行うことを特徴とする。【選択図】      図１
2005061363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され排気中のパティキュレートを捕集するトラップフィルタを備えた排気浄化手段と、
前記トラップフィルタの温度を検出する温度検出手段と、
前記トラップフィルタの目詰まり度合いから前記トラップフィルタの再生時期を判断する再生時期判断手段と、
前記内燃機関を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記内燃機関を通常に制御する通常モードと、
前記トラップフィルタの再生のために前記内燃機関の燃料噴射量を増大する強制再生モードとを備え、
前記再生時期判断手段が前記トラップフィルタの再生時期であると判断し、かつ、前記温度検出手段により検出される前記トラップフィルタの温度が予め定められた第１の設定温度より低い時に、前記強制再生モードによる制御を行い前記トラップフィルタの温度を第２の設定温度まで上昇させ、前記トラップフィルタの温度が前記第２の設定温度まで上昇した時に、前記通常モードによる制御を行うことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載の排気浄化装置において、
前記排気浄化手段は、触媒によるパティキュレートの燃焼除去が可能な連続再生型のトラップフィルタであることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の排気浄化装置において、
前記再生時期判断手段は、パティキュレート排出量マップおよび燃焼量マップからパティキュレートの排出量と燃焼量を算出し、これ等の差を積算して前記トラップフィルタの目詰まり度合いを判断することを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスに含まれる粒子状物質であるパティキュレート（ＰＭ）を除去する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれるパティキュレートの大気への排出を防止する装置としてディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）が多用されている。
このディーゼルパティキュレートフィルターは、一般的には、フィルターを外部から定期的に加熱し、捕集したパティキュレートを酸化して再生するように構成されている。
【０００３】
従来、このようなディーゼルパティキュレートフィルターとして、例えば、電気ヒーターによってフィルターに捕集されたパティキュレートを燃焼させて再生するものが知られている。
これに対して、特開２００１−２８０１１８号公報に開示されているように、フィルターの前段に配設された酸化触媒によって排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ2を生成し、排気ガスの熱とＮＯ2によってフィルターに捕集されたパティキュレートを連続的に酸化して再生する連続再生型（ＣＲＴ）と呼ばれるディーゼルパティキュレートフィルターが最近注目されている。
【０００４】
すなわち、前者の一般的なディーゼルパティキュレートフィルターにおいては、フィルターを並列に２系統配設し順次再生と捕集を行うものが知られているが、捕集されたパティキュレートを燃焼させてディーゼルパティキュレートフィルターを再生させるための装置が必要となり、コストが高く搭載性にも難があるためあまり普及していないのが現状である。
【０００５】
これに対して後者の連続再生型は、フィルターの前段に排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ2を生成するための酸化触媒を配設するだけであるため、ディーゼルパティキュレートフィルターを再生するための特別な装置を必要とせず、連続的に再生するので触媒とフィルターの１系統の構成で実用的に成立する。
従って、前者の一般的なディーゼルパティキュレートフィルターに対し低コストで搭載性にも優れている。
【０００６】
この連続再生型と呼ばれるディーゼルパティキュレートフィルターにおいて捕集されたパティキュレートが燃焼する仕組みを述べる。
前述のように、このディーゼルパティキュレートフィルターは、パティキュレートを捕集するフィルターの前段に酸化触媒が配設される。
この酸化触媒においては、
２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2
の酸化反応が起き、さらにフィルターにおいて捕集されたパティキュレートが、
Ｃ＋２ＮＯ2→ＣＯ2＋２ＮＯ
の酸化反応によって燃焼しディーゼルパティキュレートフィルターが再生される。
【０００７】
なお、フィルターの雰囲気温度が約５５０℃以上になると直接パティキュレートが排気中の酸素と反応し燃焼する。
しかしながら、上記の酸化反応はある温度以下になると起こりにくくなり、その温度は約２５０〜３００℃である。
従って、この温度以下になると酸化反応は起きにくくなり、フィルターに捕集されたパティキュレートは、あまり燃焼しないで溜まり続ける。
【０００８】
従って、連続再生型のディーゼルパティキュレートフィルターを搭載した車両が、市街地のみの走行等、排気ガスの温度が常に低い条件で走行した場合には、パティキュレートは燃焼せずにフィルターに堆積し、排圧が上昇して出力の低下および燃費の悪化が生じる。
また、このようにパティキュレートが相当量堆積した後に高速走行を行う等して、排気ガスの温度が上がり再生が開始された時には、堆積したパティキュレートが急激に燃焼してフィルター内の温度が急上昇し、異常な発熱によるフィルターの亀裂，破損等が起こり、フィルターの耐久性が著しく低下するという問題がある。
【０００９】
そこで、従来、このような問題を解決するための対策手段として、ディーゼルエンジンから多量の未燃燃料を排気中に放出し、フィルターの前段に配置した酸化触媒により未燃燃料を燃焼させ、その燃焼熱によりパティキュレートを強制再生する方法が検討されている。
【特許文献１】特開２００１−２８０１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このようにディーゼルエンジンから多量の未燃燃料を排気中に放出する方法では、フィルターの強制再生中にフィルターの温度を常時所定の温度に維持しようとすると、刻々と変化する運転条件下で、排気ガス流量や必要な投入熱量を的確に制御することが困難であり、場合によっては排気温度の異常な上昇を誘発し、酸化触媒もしくはフィルターにコートされた触媒の熱劣化、フィルターの溶融等を引き起こすおそれがある。
【００１１】
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、トラップフィルタの強制再生を簡易な制御により行うことができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置され排気中のパティキュレートを捕集するトラップフィルタを備えた排気浄化手段と、前記トラップフィルタの温度を検出する温度検出手段と、前記トラップフィルタの目詰まり度合いから前記トラップフィルタの再生時期を判断する再生時期判断手段と、前記内燃機関を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記内燃機関を通常に制御する通常モードと、前記トラップフィルタの再生のために前記内燃機関の燃料噴射量を増大する強制再生モードとを備え、前記再生時期判断手段が前記トラップフィルタの再生時期であると判断し、かつ、前記温度検出手段により検出される前記トラップフィルタの温度が予め定められた第１の設定温度より低い時に、前記強制再生モードによる制御を行い前記トラップフィルタの温度を第２の設定温度まで上昇させ、前記トラップフィルタの温度が前記第２の設定温度まで上昇した時に、前記通常モードによる制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の排気浄化装置は、請求項１記載の排気浄化装置において、前記排気浄化手段は、触媒によるパティキュレートの燃焼除去が可能な連続再生型のトラップフィルタであることを特徴とする。
請求項３の排気浄化装置は、請求項１または請求項２記載の排気浄化装置において、前記再生時期判断手段は、パティキュレート排出量マップおよび燃焼量マップからパティキュレートの排出量と燃焼量を算出し、これ等の差を積算して前記トラップフィルタの目詰まり度合いを判断することを特徴とする。
【００１４】
（作用）
請求項１の排気浄化装置では、内燃機関を制御する制御手段が、内燃機関を通常に制御する通常モードと、トラップフィルタの再生のために内燃機関の燃料噴射量を増大する強制再生モードとを備えている。
そして、制御手段は、再生時期判断手段がトラップフィルタの再生時期であると判断し、かつ、温度検出手段により検出されるトラップフィルタの温度が予め定められた第１の設定温度より低い時に、強制再生モードによる制御を行いトラップフィルタの温度を第２の設定温度まで上昇させ、トラップフィルタの温度が第２の設定温度まで上昇した時に、通常モードによる制御を行う。
【００１５】
請求項２の排気浄化装置では、排気浄化手段が、連続再生型のトラップフィルタとされ、トラップフィルタに捕集されたパティキュレートが連続的に酸化されて再生される。
請求項３の排気浄化装置では、パティキュレート排出量マップおよび燃焼量マップからパティキュレートの排出量と燃焼量を算出し、これ等の差を積算することによりトラップフィルタの目詰まり度合いが判断される。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の排気浄化装置では、再生時期判断手段がトラップフィルタの再生時期であると判断し、かつ、温度検出手段により検出されるトラップフィルタの温度が予め定められた第１の設定温度より低い時に、強制再生モードによる制御を行いトラップフィルタの温度を第２の設定温度まで上昇させ、トラップフィルタの温度が第２の設定温度まで上昇した時に、通常モードによる制御を行うようにしたので、トラップフィルタの強制再生を簡易な制御により行うことができる。
【００１７】
請求項２の排気浄化装置では、排気浄化手段を、連続再生型のトラップフィルタとしたので、トラップフィルタに捕集されたパティキュレートを連続的に酸化して再生することができる。
請求項３の排気浄化装置では、パティキュレート排出量マップおよび燃焼量マップからパティキュレートの排出量と燃焼量を算出し、これ等の差を積算することによりトラップフィルタの目詰まり度合いを判断するようにしたので、排気浄化手段に圧力センサ等を配置することなくトラップフィルタの目詰まり度合いを判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の排気浄化装置の一実施形態を示すもので、この実施形態では、本発明が、ディーゼルエンジンを搭載したトラック等の車両に適用される。
図１において、符号１１は、トラック等の車両に配置されるディーゼルエンジンを示している。
【００１９】
このディーゼルエンジン１１の排気マニホールド１３には、排気通路を形成する排気管１５が接続されている。
排気管１５には、排気中のパティキュレートを捕獲する排気浄化手段１７が配置されている。
この排気浄化手段１７は、ケーシング１９を有しており、ケーシング１９内には、酸化触媒２１およびトラップフィルタ２３が収容されている。
【００２０】
この排気浄化手段１７は、トラップフィルタ２３に捕集されたパティキュレートを連続的に酸化してフィルター再生する連続再生型のディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）とされている。
この連続再生型のディーゼルパティキュレートフィルターでは、酸化触媒２１により、
２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2
の酸化反応が起き、さらにトラップフィルタ２３において捕集されたパティキュレートが、
Ｃ＋２ＮＯ2→ＣＯ2＋２ＮＯ
の酸化反応によって燃焼しトラップフィルタ２３が再生される。
【００２１】
そして、この実施形態では、ケーシング１９内のトラップフィルタ２３の入口側に、トラップフィルタ２３の温度を検出する温度検出手段である温度センサ２５が配置されている。
また、ケーシング１９の入口側に第１の圧力センサ２７が配置され、出口側に第２の圧力センサ２９が配置されている。
【００２２】
図１において、符号３１は、内燃機関を制御するＥＣＵからなる制御手段を示している。
この制御手段３１には、温度センサ２５，第１の圧力センサ２７，第２の圧力センサ２９からの信号が入力される。また、エンジンの回転数Ｎｅ，噴射量ｑ等の信号が入力される。
【００２３】
そして、この制御手段３１は、ディーゼルエンジン１１に配置されるコモンレール式の燃料噴射装置３３からの燃料噴射量を制御する。
制御手段３１は、再生時期判断手段３５，第１のマップ３７および第２のマップ３９を有している。
再生時期判断手段３５は、第１の圧力センサ２７および第２の圧力センサ２９からの信号を入力し、トラップフィルタ２３の入口側の圧力と出口側の圧力との差圧を演算することにより、トラップフィルタ２３の目詰まりの度合いを検出する。
【００２４】
そして、トラップフィルタ２３の目詰まりの度合いが、予め定められた値を超えた時に、トラップフィルタ２３の再生時期であると判断する。
第１のマップ３７には、ディーゼルエンジン１１を通常に制御する通常モードＩが設定されている。
第２のマップ３９には、トラップフィルタ２３の再生のためにディーゼルエンジン１１の燃料噴射量を増大する強制再生モードIIが設定されている。
【００２５】
そして、制御手段３１は、図２に示すように、再生時期判断手段３５がトラップフィルタ２３の再生時期であると判断し、かつ、温度センサ２５により検出されるトラップフィルタ２３の温度が予め定められた第１の設定温度Ｔ２より低い時に、強制再生モードIIによる制御を行いトラップフィルタ２３の温度を第２の設定温度Ｔ１まで上昇させ、トラップフィルタ２３の温度が第２の設定温度Ｔ１まで上昇した時に、通常モードＩによる制御を行う。
【００２６】
すなわち、図２において、横軸には経過時間が、縦軸にはトラップフィルタ内温度Ｔがとられている。
そして、再生時期判断手段３５がトラップフィルタ２３の再生時期であると判断し、かつ、温度センサ２５により検出されるトラップフィルタ２３の温度Ｔが、予め定められた第１の設定温度Ｔ２、例えば、６４０℃より低い時に、先ず、強制再生モードIIによる制御を行い、トラップフィルタ２３の温度を、第２の設定温度Ｔ１、例えば、６５０℃まで上昇させる。
【００２７】
そして、トラップフィルタ２３の温度が第２の設定温度Ｔ１まで上昇した時に、通常モードＩによる制御を行う。
そして、通常モードＩによる制御を、例えば、５分間行うと、トラップフィルタ２３内温度が第１の設定温度Ｔ２より低くなるため、制御手段３１は、強制再生モードIIによる制御を行う。
【００２８】
このように、制御手段３１は、強制再生モードIIによる制御と、通常モードＩによる制御を交互に行う。
そして、トラップフィルタ２３内のパティキュレートの燃焼により、トラップフィルタ２３の入口側の圧力と出口側の圧力との差圧が、予め定められた値以下になると、再生時期判断手段３５によるトラップフィルタ２３の再生時期であるとの判断が解除され、通常モードＩのみによる制御に復帰する。
【００２９】
図３は、上述した排気浄化装置の動作を示すフローチャートである。
先ず、ステップＳ１において、強制再生時期であるか否かが判断される。この判断は再生時期判断手段３５により行われる。
そして、強制再生時期である時には、ステップＳ２において、温度センサ２５により検出されるトラップフィルタ２３の温度Ｔが、予め定められた第１の設定温度Ｔ２より低いか否かが判断される。
【００３０】
そして、低い時には、ステップＳ３において、強制再生モードIIによる制御に切り替えられ、トラップフィルタ２３の温度が上昇される。
次に、ステップＳ４において、トラップフィルタ２３の温度が第２の設定温度Ｔ１になったか否かが判断される。
そして、第２の設定温度Ｔ１になっている時には、ステップＳ５において、通常モードＩによる制御が行われる。
【００３１】
次に、ステップＳ６において、トラップフィルタ２３の温度Ｔが、予め定められた第１の設定温度Ｔ２より低いか否かが判断される。
そして、低い場合には、ステップＳ７において、トラップフィルタ２３の目詰まりが解消したか否かが判断される。
この実施形態では、トラップフィルタ２３の目詰まりが解消したとの判断は、トラップフィルタ２３の入口側の圧力と出口側の圧力との差圧が、予め定められた値以下になった時に行われる。
【００３２】
そして、トラップフィルタ２３の目詰まりが解消した時には、ステップＳ８において、再生時期判断手段３５によるトラップフィルタ２３の再生時期であるとの判断が解除され、通常モードＩのみによる制御に復帰される。
上述した排気浄化装置では、再生時期判断手段３５がトラップフィルタ２３の再生時期であると判断し、かつ、温度検出手段により検出されるトラップフィルタ２３の温度が予め定められた第１の設定温度Ｔ２より低い時に、強制再生モードIIによる制御を行いトラップフィルタ２３の温度を第２の設定温度Ｔ１まで上昇させ、トラップフィルタ２３の温度が第２の設定温度Ｔ１まで上昇した時に、通常モードＩによる制御を行うようにしたので、トラップフィルタ２３の強制再生を非常に簡易な制御により行うことができる。
【００３３】
すなわち、上述した排気浄化装置では、トラップフィルタ２３の強制再生中にトラップフィルタ２３の温度を常時所定の温度に維持しようとすることなく、酸化触媒２１やトラップフィルタ２３の熱容量を利用し、強制再生モードIIと通常モードＩとを繰り返すことによりパティキュレートを燃焼するようにしたので、制御が非常に容易なものになる。
また、排気ガス流量や必要な投入熱量を制御するために必要なセンサー等が不要になり、コストを低減することが可能になる。
【００３４】
そして、、強制再生モードIIと通常モードＩとを繰り返すことによりパティキュレートを燃焼するようにしたので、未燃燃料を放出する時間が短縮され、エンジンオイルの劣化速度を低減することができる。
また、上述した排気浄化装置では、排気浄化手段１７を、連続再生型のトラップフィルタ２３としたので、トラップフィルタ２３に捕集されたパティキュレートを連続的に酸化して再生することができる。
【００３５】
なお、上述した実施形態では、再生時期判断手段３５による判断を、トラップフィルタ２３の入口側の圧力と出口側の圧力との差圧を演算して行った例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、回転数センサ，アクセル開度センサ等の信号をＥＣＵに取り込み、パティキュレート排出量マップおよび燃焼量マップからパティキュレートの排出量と燃焼量を算出し、これ等の差を積算してトラップフィルタ２３の目詰まり度合いを判断するようにしても良い。
【００３６】
そして、このようにすることにより、排気浄化手段１７に圧力センサ等を配置することなくトラップフィルタ２３の目詰まり度合いを判断することができる。
また、上述した実施形態では、再生時期判断手段３５によるトラップフィルタ２３の再生時期であるとの判断が解除された時に、通常モードＩのみによる制御に復帰させた例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、予め設定された設定時間が経過した時に、通常モードＩのみによる制御に復帰させても良く、また、マップ等から算出されたパティキュレートの燃焼量が目標値に達した時に、通常モードＩのみによる制御に復帰させても良い。
【００３７】
さらに、上述した実施形態では、ケーシング１９内に酸化触媒２１とトラップフィルタ２３とを別々に配置した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、多孔性材料に酸化触媒である貴金属酸化触媒成分を担持して酸化触媒とトラップフィルタとを一体に形成しても良い。
また、上述した実施形態では、ディーゼルエンジンの排気の浄化に本発明を適用した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、ガソリンエンジン等の排気の浄化に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の排気浄化装置の一実施形態を示す説明図である。
【図２】図１の制御手段による制御方法を示す説明図である。
【図３】図１の排気浄化装置の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１１  ディーゼルエンジン
１５  排気管
１７  排気浄化手段
２１  酸化触媒
２３  トラップフィルタ
２５  温度センサ
３１  制御手段
３３  燃料噴射装置
３５  再生時期判断手段
【図１】
2005061363.tif 000003
【図２】
2005061363.tif 000004
【図３】
2005061363.tif 000005